CN117162867A - 牵引电池和电动车或混合动力车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动车或混合动力车的牵引电池，该牵引电池具有至少两个电池单元，牵引电池具有电池管理控制器，该电池管理控制器可通过通信接口与上级的控制单元相连接，每个电池单元具有自己的电池管理控制器，电池管理控制器通过通信接口在数据技术上相互连接，一个电池管理控制器作为主控制器工作并且剩下的电池管理控制器作为从控制器工作，作为主控制器工作的电池管理控制器如此构造，使得从作为从控制器工作的电池管理控制器中从其相关联的电池单元中接收电池参数，作为主控制器工作的电池管理控制器确定牵引电池的总电池参数，并且将总电池参数传输给上级的控制单元，且本发明涉及一种用于电动车或混合动力车的牵引电网。

Description

牵引电池和电动车或混合动力车
技术领域
本发明涉及一种用于电动车或混合动力车的牵引电池以及这种电动车或混合动力车。
背景技术
在各种各样设计方案中已知用于电动车或混合动力车的牵引电池。因此，例如为了形成充分的电压和/或充分的容量，将电池单元或电池模块串联和/或并联。在此，电池单元具有局域控制器，该局域控制器将其测量数据传输给中央的电池管理控制器，随后，电池管理控制器确定电池参数，例如荷电状态、功率极限等，并且将其传输给上级的控制单元，以控制电动车或混合动力车的行驶运行。
从US 2012/0041630 A1中已知一种混合动力车，混合动力车具有主电池和多个从电池，所述主电池和多个从电池具有共用的中央电池管理控制器。
从WO 2020/114540 A1中已知一种用于电动车或混合动力车的高压电网，该高压电网具有：至少一个牵引驱动器；电池系统，电池系统包括至少两个高压电池；以及用于控制电池系统的控制装置，其中，控制装置配置成，选择性地在正常运行模式中或者在故障运行模式中运行电池系统，在正常运行模式中，激活两个高压电池以提供用于运行牵引驱动器的能量，在故障运行模式中，激活第一高压电池并且停用第二高压电池。在此进一步设置成，在主-从运行中，在正常运行模式下运行两个高压电池。
从US 2021/0075236 A1中已知一种电池系统，该电池系统具有多个电池单元，所述电池单元串联并且被中央控制器控制，其中，为电池单元分配局域控制器，其中，控制器借助于红外线无线通信。
发明内容
本发明提出的技术问题在于，创造一种备选的牵引电池以及一种相应的电动车或混合动力车。
通过具有本发明的技术方案的特征的牵引电池以及具有本发明的技术方案的特征的电动车或混合动力车实现该技术问题的解决方案。从本发明中得到本发明的其它有利的设计方案。
牵引电池具有至少两个可相互并联的电池单元，其中，每个电池单元具有自己的电池管理控制器，其中，电池管理控制器通过至少一个通信接口在数据技术上相互连接，其中，一个电池管理控制器作为主控制器工作并且剩下的电池管理控制器作为从控制器工作。至少主控制器可通过至少一个通信接口与至少一个上级的控制单元相连接。作为主控制器工作的电池管理控制器如此构造，使得从作为从控制器工作的电池管理控制器中接收电池参数，该电池管理控制器从与其相关联的电池单元中确定该电池参数，其中，作为主控制器工作的电池管理控制器进一步地如此构造，使得从自己的相关联的电池单元中确定电池参数，从该自己确定的相关联的电池单元的电池参数和所接收的其它电池管理控制器的电池参数中，确定牵引电池的总电池参数，并且将该总电池参数传输给上级的控制单元。形象地说，牵引电池由多个完整的牵引电池组成，但其中，上级的控制单元仅仅监视共同的牵引电池。这也简化了牵引电池的模块化的扩展，因为这种扩展对与上级的控制单元通信没有影响。附加地，分散了用于计算电池参数所需的计算功率，这对于单个的电池管理控制器所需的计算功率来说可以是有利的。
在一种实施方式中，电池管理控制器通过单独的数据连接相互连接(例如私用CAN连接)。在此，数据连接可以是有线连接或无线连接。
在另一实施方式中，电池管理控制器通过与上级的控制单元的通信接口相互连接。该通信接口例如构造成总线接口，其中，仅仅主控制器读取并处理从控制器的消息。
这两种实施方式也可以组合，也就是说，存在单独的数据连接，并且附加地所有电池管理控制器通过通信连接与上级的控制单元相连接，但其中，优选地仅仅通过单独的数据连接传输电池参数。这具有以下还将详细阐述的优点。
在另一实施方式中，电池管理控制器和/或电池单元构造成结构相同。于是，电池管理控制器中通过编码选择主控制器。
在另一实施方式中，电池单元分别通过断路元件相互连接。断路元件例如可以构造成继电器或功率半导体开关。尤其是在用于电动车的牵引电池中，断路元件优选地构造成继电器，以用于保证作为触摸保护的电流分离。
在另一实施方式中，牵引电池如此构造，使得在主控制器的故障情况中，从控制器承担主控制器的功能。如果从控制器具有与上级的控制单元的连接，则仅仅必须改变在从控制器中的编码，随后，从控制器可以通过该连接将总电池参数传输给上级控制单元。
总电池参数例如是功率极限、电压极限、荷电状态(SOC，英文：State of Charge)、健康状态(SOH，英文：State of Health)、能量含量和温度。
在一种实施方式中，电池参数是荷电状态，其中，主控制器如此构造，使得将所传输的从控制器的荷电状态和所确定的自己的电池单元的荷电状态与至少一个第一阈值和至少一个第二阈值比较，其中，第一阈值大于第二阈值。如果电池单元的荷电状态超过第一阈值，则在确定牵引电池的总荷电状态时为该荷电状态更多地加权。如果电池单元的荷电状态超过第二阈值，则在确定牵引电池的总荷电状态时为该荷电状态更多地加权。由此，防止危险的过度充电或放电。如果荷电状态在第一阈值和第二阈值之间，必要时可以简单地对荷电状态求平均值(必要时在考虑其总容量的情况下)。第一阈值例如是90％，并且第二阈值例如是20％。
在另一实施方式中，电池参数是电池电芯的温度，其中，主控制器如此构造，使得将所传输的和所确定的电池电芯的温度与至少一个第一阈值和至少一个第二阈值比较，其中，第一阈值大于第二阈值，其中，当电池单元的电池电芯的温度超过第一阈值时，在确定牵引电池的总电池电芯温度时为该电池电芯温度更多地加权，并且当电池单元的电池电芯的温度低于第二阈值时，在确定总电池电芯温度时为该电池电芯温度更多地加权。由此也防止，牵引电池过快地陷入危险状态中。
在另一实施方式中，主控制器如此构造，使得进行预充电功能，以依次地接入电池单元。备选地可以设置成，与断路元件并联地布置预充电电路(例如具有预充电电阻的继电器)。
电动车或混合动力车具有以上阐述的这种牵引电池。
附图说明
接下来根据优选的实施例详细解释本发明。
唯一的附图示出了混合动力车的牵引电网的示意性的方框图。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了混合动力车的牵引电网1，其中，出于概览原因未示出内燃机。牵引电网1通过DC/DC转换器2与机动车车载电路3相连接，在机动车车载电路中示出了车载电路电池4和电负载5。车载电路电池4例如是12伏铅酸电池。DC/DC转换器2构造成双向的DC/DC转换器2。
牵引电网1具有牵引电池6。牵引电池6具有至少两个电池单元7,8，所述至少两个电池单元分别通过至少一个断路元件9,10与牵引电网1的正的电压导线相连接。电池单元7,8例如构造成具有48V额定电压的锂离子电池。在此，为每个电池单元7,8分配自己的电池管理控制器11,12。出于概览原因，未示出电池单元7,8的单独的电流传感器、电压传感器和温度传感器。具有断路元件9的电池单元7和电池管理控制器11形成第一部分牵引电池13，并且具有断路元件10的电池单元8和电池管理控制器12形成第二部分牵引电池14。在此，根据构造方案，两个部分牵引电池13、14可以布置在共用的壳体中，但是或者可以布置在分离的壳体中并且空间上彼此分离布置。此外，两个电池单元7,8可以结构相同，但是也可以具有不同的容量。两个电池管理控制器11,12也可以结构相同。两个电池管理控制器11,12通过单独的数据连接15在数据技术上相互连接，该单独的数据连接例如构造成私用CAN连接。电池管理控制器11此外通过通信接口16通过总线连接18与上级的控制单元17在数据技术上相连接。此外示出了功率电子装置19，电机20，和功率电子装置19和电机20的控制器21，该控制器同样与总线连接18相连接。
电池管理控制器11作为主控制器工作，并且电池管理控制器12作为从控制器工作。在运行中，两个电池管理控制器11,12首先获取其相关联的电池单元7,8的局部测量参数，例如电流、电压和温度，其中，获取关于单个电池电芯的电压和温度。每个电池管理控制器11,12从中计算出荷电状态SOC、能量含量和用于充电和放电的功率极限。随后，电池管理控制器12将其电池参数传输给电池管理控制器11，随后，电池管理控制器11与其自己的电池参数一起传输牵引电池6的总电池参数。简单地，将几个电池参数，例如电流、能量含量和用于充电和放电的功率极限相加。在荷电状态SOC和温度中，根据情况增加权重。例如，如果电池单元7,8的荷电状态SOC大于第一阈值(例如90％)，则为该荷电状态更多地加权，并且在极限情况中，尽管另外的电池单元7,8具有仅仅85％的荷电状态，仍然将该荷电状态用作牵引电池6的荷电状态SOC。由此，防止了电池单元7,8过度充电。相似地，当电池单元7,8的荷电状态SOC低于第二阈值(例如20％)时，则更多地为该荷电状态加权，以由此避免过度放电。在温度中处理方式是相似。相反地，如果荷电状态SOC和温度在阈值之间，则可以对其值求平均值，并且将该平均值用作总电池参数。随后，电池管理控制器11将总电池参数传输给上级的控制单元17。因此，控制单元17仅仅监视统一的牵引电池6。
作为单独的数据连接15的备选，也可以设置成，两个电池管理控制器11,12通过总线连接18交换数据。这具有的优点是，在电池管理控制器11失效时，电池管理控制器12可以作为主控制器而介入，其中，必要时通过断路元件9切断电池单元7。在两种实施方式中，可以切断故障的从控制器，于是其中，主控制器可以以降低的功率继续工作。
作为主控制器工作的电池管理控制器11也传输用于在接入电池单元7,8时预充电的控制。此时假设，首先所有断路元件9,10打开。电池管理控制器11首先检查，哪个电池单元7,8具有最高电压。随后，通过DC/DC转换器2进行预充电到该最高电压。随后，主控制器将用于该电池单元的接入命令传输给相关联的电池管理控制器。在接入该电池单元之后，切断DC/DC转换器2。随后，电池管理控制器11将电池单元的次高的电压传输给上级的控制单元，随后，该上级的控制单元有目的地(例如通过操控电机或通过经由DC/DC转换器2为车载电路电池4充电)使已接入的电池单元下降到该次高电压的电压水平，从而然后紧接着可以接入该电压水平。随后，再次由主控制器给出接入命令。一直进行该过程，直至接入所有电池单元。
相反地，如果主控制器在开始时在至少一个电池单元7,8中确定了低于临界的阈值的荷电状态，则从低到高进行接入，其中，电机20以发电的方式工作以提高电压水平。
附图标记清单
1牵引电网
2DC/DC转换器
3机动车车载电路
4车载电路电池
5电负载
6牵引电池
7,8电池单元
9,10断路元件
11,12电池管理控制器
13第一部分牵引电池
14第二部分牵引电池
15数据连接
16通信接口
17控制单元
18总线连接
19功率电子装置
20电机
21控制器。

Claims (10)

1.一种用于电动车或混合动力车的牵引电池(6)，其中，所述牵引电池(6)具有至少两个可相互并联的电池单元(7,8)，其中，所述牵引电池(6)具有至少一个电池管理控制器(11,12)，所述至少一个电池管理控制器可通过至少一个通信接口(16)与至少一个上级的控制单元(17)相连接，其特征在于，每个电池单元(7,8)具有自己的电池管理控制器(11,12)，其中，所述电池管理控制器(11,12)通过至少一个通信接口在数据技术上相互连接，其中，一个电池管理控制器(11)作为主控制器工作并且剩下的电池管理控制器(12)作为从控制器工作，其中，作为主控制器工作的所述电池管理控制器(11)如此构造，使得从作为从控制器工作的所述电池管理控制器(12)中接收电池参数，所述电池管理控制器从与其相关联的电池单元(8)中确定所述电池参数，其中，作为主控制器工作的所述电池管理控制器(11)进一步地如此构造，使得从自己的相关联的所述电池单元(7)中确定电池参数，从自己所确定的相关联的电池单元(7)的电池参数和所接收的其它电池管理控制器(12)的电池参数中，确定所述牵引电池(6)的总电池参数，并且将所述总电池参数传输给所述上级的控制单元(17)。
2.根据权利要求1所述的牵引电池，其特征在于，所述电池管理控制器(11,12)通过单独的数据连接(15)相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的牵引电池，其特征在于，所述电池管理控制器(11,12)通过与所述上级的控制单元(17)的通信接口(16)相互连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池，其特征在于，所述电池管理控制器(11,12)和/或所述电池单元(7,8)构造成结构相同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池，其特征在于，所述电池单元(7,8)分别通过至少一个断路元件(9,10)相互连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池，其特征在于，所述牵引电池(6)如此构造，使得在所述主控制器的故障情况中，从控制器承担所述主控制器的功能。
7.根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池，其特征在于，电池参数是荷电状态，其中，所述主控制器如此构造，使得将所传输的荷电状态和所确定的荷电状态与至少一个第一阈值和至少一个第二阈值比较，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，其中，如果所述电池单元(7,8)的荷电状态超过所述第一阈值，则在确定所述牵引电池(6)的总荷电状态时为所述荷电状态更多地加权，并且如果电池单元(7,8)的荷电状态低于所述第二阈值，则在确定所述牵引电池(6)的总荷电状态时为所述荷电状态更多地加权。
8.根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池，其特征在于，电池参数是电池电芯的温度，其中，所述主控制器如此构造，使得将所传输的电池电芯的温度和所确定的电池电芯的温度与至少一个第一阈值和至少一个第二阈值比较，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，其中，当电池单元(7,8)的电池电芯的温度超过所述第一阈值时，在确定所述牵引电池(6)的总电池电芯温度时为所述电池电芯温度更多地加权，并且当电池单元(7,8)的电池电芯的温度低于所述第二阈值时，在确定所述总电池电芯温度时为所述电池电芯温度更多地加权。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的牵引电池，其特征在于，所述主控制器如此构造，使得进行预充电功能，以依次地接入所述电池单元(7,8)。
10.一种具有至少一个牵引电池(6)的电动车或混合动力车，其特征在于，所述电动车或混合动力车具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的牵引电池(6)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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